DE3314025A1

DE3314025A1 - BREED ZONE WITH REDUCED TEMPERATURE GRADIENTS IN LIQUID-COOLED FAST BREED REACTORS

Info

Publication number: DE3314025A1
Application number: DE19833314025
Authority: DE
Inventors: Mario D. Greensburg Pa. Carelli
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1982-04-23
Filing date: 1983-04-18
Publication date: 1983-10-27
Also published as: GB8310974D0; GB2119158B; JPH0312715B2; FR2525800B1; GB2119158A; JPS58213287A; FR2525800A1

Description

Brutzone mit reduzierten Temperaturgradienten in flüssigkeitsgekühlten schnellen BrutreaktorenBreeding zone with reduced temperature gradients in liquid-cooled fast breeder reactors

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung von Temperaturgradienten in flüssigkeitsgekühlten schnellen Brutreaktoren nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.The invention relates to a method for reducing temperature gradients in liquid-cooled rapid Breeder reactors according to the preamble of the main claim.

Bei flüssigkeitsgekühlten schnellen Brutreaktoren (abgekürzt LMFBR nach der englischen Bezeichnung Liquid Metal Fast Breeder Reactor) und insbesondere solchen mit einem heterogenen Reaktorkern tritt ein im weiteren näher erläutertes Konstruktionsproblem auf, das Temperaturgradienten im Kühlmittel betrifft und als thermische Schichtung (englisch "thermal striping") bezeichnet werden kann. Die Ursache für dieses Problem liegt im natürlichen Unterschied der Leistungserzeugung in Brenn- bzw. Brutelementen innerhalb einesheterogenen Reaktorkerns eines schnellen Brutreaktors. In einem heterogenen Reaktorkern ist eine Vielzahl von Brenn- und Brutzonen über den ganzen Kern verteilt, so daß eine große Zahl von Schnittstellen (oder Grenzflächen) zwischen Brennelementen und Brutelementen auftritt. Die in einem mit Brutmaterial bestückten Brutelement erzeugte Leistung steigt laufend mit dem Brüten des spaltbaren Brennmaterials an, während die in einem Brennelement mit spaltbarem Material erzeugte Leistung während des Abbrennens laufend abnimmt. Die Leistungsabgabe eines Brutelements steigt während seiner Lebensdauer um einen Faktor von 2 bis 5, bevor es die Konstruktionsgrenzen erreicht und aus dem Reaktor entfernt werden muß. Der Kühlmittelfluß durch ein Brutelement wird durch eine unveränderliche Einlaßöffnung (oder Drossel) bestimmt, deren Größe durch die Grenzen festgelegt wird, die am Ende der Lebensdauer vorliegen With liquid-cooled fast breeder reactors (abbreviated LMFBR after the English name Liquid Metal Fast Breeder Reactor) and in particular those with a heterogeneous reactor core, a construction problem, which is explained in more detail below, occurs, which relates to temperature gradients in the coolant and is referred to as thermal striping can be. The cause of this problem lies in the natural difference in power generation in fuel and breeding elements within a heterogeneous reactor core of a fast breeder reactor. In a heterogeneous reactor core, a large number of fuel and breeding zones are distributed over the entire core, so that a large number of interfaces (or interfaces) occur between fuel elements and breeding elements. The power generated in a breeding element equipped with breeding material increases continuously with the breeding of the fissile fuel, while the power generated in a fuel assembly with fissile material continuously decreases during burning. The power output of a breeding element increases by a factor of 2 to 5 during its life before it reaches the design limits and must be removed from the reactor. The coolant flow through a fertile element is a fixed inlet port (or throttle) is determined, the size of which is determined by the limits of which lie at the end of life before

33U02533U025

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liegen. Ein Brutelement wird also während des größten Teils seiner Lebensdauer zu stark gekühlt; die Lebensdauer beträgt für innen liegende Brutelemente in einem heterogenen Reaktorkern größenordnungsmäßig 2 bis 3 Jahre (und hat damit denselben Wert wie die Lebensdauer der Brennelemente). Die zu starke Kühlung ist bei am Rande liegenden Brutelementen noch stärker ausgeprägt, da diese eine größere Lebensdauer (4 bis 5 Jahre) aufweisen und innerhalb des Elements höhere Leistungsgradienten besitzen. Der Kühlmitteldurchsatζ wird also durch den Brennstab mit der maximalen Leistung bestimmt/ die bis zu fünfmal höher sein kann als im Brennstab mit der minimalen Leistung. lie. A breeding element is therefore cooled too much for most of its life; the service life for internal breeding elements in a heterogeneous reactor core is on the order of 2 to 3 years (and thus has the same value as the service life of the fuel elements). The excessive cooling is on the verge lying brood elements even more pronounced, as they have a longer lifespan (4 to 5 years) and have higher power gradients within the element. The coolant flow rate is therefore through the fuel rod determined with the maximum power / which can be up to five times higher than in the fuel rod with the minimum power.

Die zu starke Kühlung der Brutelemente kann dazu führen, daß zu Beginn ihrer Lebensdauer das aus dem Brutelement austretende Kühlmittel bis zu 177°C (35O°F) kühler sein kann als von einem benachbarten Brennelement. Könnte diese maximal mögliche Temperaturdifferenz vollständig durch Mischung, Leitung und Mitführung des Kühlmittels ausgeglichen werden, gäbe es kein Problem der thermischen Schichtung. Strömungsmessungen an Reaktormodellen haben jedoch ergeben, daß große Unterschiede in den Austrittstemperaturen an den Elementen zu heißen und kalten Kühlmittelströmen führen, die auf die umgebenden Strukturen auftreffen. Temperaturunterschiede von 30 bis 60 Prozent des maximal möglichen Wertes wurden in Strömungsbildern beobachtet, die von den Austrittsdüsen entfernt im oberen Bereich des Reaktorkerns untersucht wurden; bis zu 60 und 80 Prozent des maximal möglichen Wertes wurde in der Nähe der Austrittsdüsen der Elemente beobachtet. Wenn die heißen und kalten Strömungen auf benachbarte Strukturen auftreffen, werden dort thermische Spannungen aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnung erzeugt. Wenn die SpannungenExcessive cooling of the breeding elements can lead to the emergence of the breeding element at the beginning of their service life Coolant can be up to 177 ° C (350 ° F) cooler than from an adjacent fuel bundle. Could this maximally possible temperature difference can be completely compensated by mixing, piping and carrying the coolant, there would be no problem of thermal stratification. However, flow measurements on reactor models have shown that large Differences in outlet temperatures at the elements lead to hot and cold coolant flows affecting the surrounding structures. Temperature differences from 30 to 60 percent of the maximum possible value was observed in flow patterns removed from the outlet nozzles were examined in the upper area of the reactor core; up to 60 and 80 percent of the maximum possible value observed near the exit nozzles of the elements. When the hot and cold currents hit neighboring structures impinge, there are thermal stresses due to the different thermal expansion generated. When the tensions

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die Ermüdungsfestigkeit des Materials übersteigen, können Risse auftreten,und bei genügend starken Spannungen können sich diese Risse fortpflanzen. Dieses Problem wird als thermische Schichtung bezeichnet. Für rostfreien Stahl der Type 316 liegen die Grenzen der maximalen Temperaturunterschiede in der Flüssigkeit bei 27 bis 49°C (80-12O°F) für dauernd eingebaute Strukturen und bei 49 bis 71⁰C (120-160°F) für austauschbare Strukturen. Große Temperaturunterschiede in der Größenordnung von 177°C (350 F) überschreiten also diese Grenzen, selbst wenn ein partieller Ausgleich durch Mischung und Wärmeleitung erfolgt. Die Stahltype Inconel 718 kann zur Lösung dieses Problems verwendet werden, da deren Grenzwerte ungefähr doppelt so hoch liegen wie die für rostfreien Stahl der Type 316, doch sind die Kosten dieses Materials höher. Probleme mit der thermischen Schichtung sind besonders schwerwiegend in heterogenen Reaktorkernen, da dort eine große Zahl von Grenzflächen zwischen Brutelementen und Brennelementen auftritt und hohe Temperaturunterschiede vorkommen.If the fatigue strength of the material is exceeded, cracks can occur, and if the stresses are sufficiently high, these cracks can propagate. This problem is known as thermal stratification. For stainless steel of Type 316, the limits of the maximum temperature differences are in the liquid at 27 to 49 ° C (80-12O ° F) for permanently built-in structures and at 49-71 ⁰ C (120-160 ° F) for interchangeable structures. Large temperature differences on the order of 177 ° C (350 F) exceed these limits, even if partial compensation occurs through mixing and heat conduction. Inconel 718 steel grade can be used to solve this problem because its limits are approximately twice that of 316 stainless steel, but the cost of this material is higher. Problems with thermal stratification are particularly serious in heterogeneous reactor cores, since there are a large number of interfaces between breeding elements and fuel elements and high temperature differences occur.

Die vorliegende Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, ein Verfahren anzugeben, mit dem die thermische Schichtung so weit herabgesetzt wird, daß rostfreier Stahl der Type 316 für austauschbare und dauernd eingebaute Strukturen in flüssigkeitsgekühlten schnellen Brutreaktoren verwendet werden kann, deren Brenn- und Brutzonen einen heterogenen Reaktorkern ergeben.The present invention therefore has the task of specifying a method with which the thermal stratification so is greatly reduced to the fact that Type 316 stainless steel used for replaceable and permanently installed structures in liquid-cooled fast breeder reactors whose combustion and breeding zones result in a heterogeneous reactor core.

Diese Aufgabe wird durch die im Hauptanspruch gekennzeichnete Erfindung gelöst; Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.This object is achieved by the invention characterized in the main claim; Embodiments of the invention are characterized in the subclaims.

Das hier vorgeschlagene Verfahren zur Umordnung von Brutelementen bei deren regelmäßigem Austausch verringert die 5 Temperaturgradienten zwischen Brutelementen und benachbartenThe method proposed here for rearranging brood elements when they are regularly exchanged reduces the 5 temperature gradients between breeding elements and neighboring ones

BrennelementenFuel assemblies

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Brennelementen in einem Maß, daß kein teures Inconel für den Bau von Reaktorkomponenten erforderlich ist.Fuel elements to such an extent that no expensive Inconel is required for the construction of reactor components.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand von Zeichnungen näher erläutert; es zeigen:Embodiments of the invention will now be explained in more detail with reference to drawings; show it:

Fig. 1 eine schematische Aufsicht auf einen Reaktorkern (Kern I) eines flüssigkeitsgekühlten schnellen Brutreaktors zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Möglichkeit/. Gradienten zu1 shows a schematic plan view of a reactor core (core I) of a liquid-cooled fast breeder reactor to explain the possibility according to the invention /. Gradient too

reduzieren;to reduce;

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Verfahrens2 shows a schematic representation of the method

zur Umordnung der Brutzone; 15to rearrange the breeding zone; 15th

Fig. 3 eine schematische Aufsicht auf den Reaktorkern I zur Darstellung der Anordnung von Strömungszonen mit verschiedener Strömungsgeschwindigkeit;3 shows a schematic plan view of the reactor core I to illustrate the arrangement of flow zones with different flow rates;

Fig. 4 eine schematische Aufsicht eines weiteren .Reaktorkerns (Kern II) eines flüssigkeitsgekühlten schnellen Brutreaktors zur Erläuterung der Folge A eines ersten alternativen Verfahrens zur Umordnung der Brutzone;4 shows a schematic plan view of a further reactor core (Core II) of a liquid-cooled fast breeder reactor to explain the sequence A of a first alternative method for rearranging the breeding zone;

Fig. 5 eine schematische Aufsicht des Reaktorkerns II zur Erläuterung der Folge B eines ersten alternativen Verfahrens zur Umordnung der Brutzone;5 shows a schematic plan view of the reactor core II to explain the sequence B of a first alternative Procedure for rearranging the breeding zone;

Fig. 6 eine schematische Darstellung des ersten alternativen Verfahrens zur Umordnung;6 is a schematic representation of the first alternative Reorganization procedure;

Fig. 7 eine schematische Aufsicht des Reaktorkerns II zurFig. 7 is a schematic plan view of the reactor core II for

Darstellung eines zweiten alternativen Verfahrens ,35 zur Umordnung der Brutzone; undRepresentation of a second alternative method, 35 for rearranging the breeding zone; and

Fig.Fig.

33U02533U025

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Fig. 8 eine schematische Darstellung des zweiten alternativen Verfahrens zur Umordnung.Figure 8 is a schematic representation of the second alternative method of rearranging.

Der Bezugs-Reaktorkern CKEF)/ an dessen Beispiel die Um-Ordnung erläutert werden soll, ist ein heterogener Oxydreaktor mit einer Brutzone aus Thorium. Dieser Reaktor enthält verteilte Nachbeschickungs-Brennelemente, die im 3-Jahresrhythmus ausgetauscht werden, innere Brutelemente mit einer dreijährigen Verweildauer (mit Ausnahme der Positionen in der 6. Reihe mit der Bezeichnung 11, 13, 14 und 16, die eine zweijährige Lebensdauer haben) und radiale Brutelemente mit einer sechsjährigen Verweildauer. Dieser Reaktorkern wurde ausgewählt, da für ihn eine sehr genaue Analyse der thermisch-hydraulischen und der Strömungsbedingungen vorlag, die als Basis für die Untersuchung herangezogen werden kann. Fig. 1, die nur einen 60 -Teil des sonst symmetrischen Reaktorkerns darstellt, enthält die Nummerbezeichnung der Elemente und die maximalen Temperaturgradienten von Element zu Element für diesen Kern und für das erfindungsgemäße Umordnungsverfahren.The reference reactor core CKEF) / using its example the rearrangement is to be explained is a heterogeneous oxide reactor with a breeding zone made of thorium. This reactor contains distributed refueling elements that are stored in the Be exchanged every 3 years, internal breeding elements with a three-year retention period (with the exception of the positions in the 6th row with the designation 11, 13, 14 and 16, which have a two-year lifespan) and radial Breeding elements with a residence time of six years. This reactor core was chosen because it was a very precise one Analysis of the thermal-hydraulic and flow conditions that were used as the basis for the investigation can be. Fig. 1, which shows only a 60 part of the otherwise symmetrical reactor core, contains the Number designation of the elements and the maximum temperature gradients from element to element for this core and for the rearrangement process according to the invention.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Umordnung der Brutzone ist in Fig. 2 dargestellt. Eine Hälfte (60) der Brutelemente in der inneren Brutzone (IB-1) werden nach einem Jahr The inventive method for rearranging the breeding zone is shown in FIG. One half (60) of the breeding elements in the inner breeding zone (IB-1) become after one year

(N) in eine andere Position (IB-2) der inneren Brutzone verschoben, wo sie im zweiten Jahr verbleiben (Gleichgewichtsjahr N+1, wobei N das Jahr bezeichnet, in dem das Element frisch ist); ihr drittes Jahr (N+2) verbringen sie in der ersten Reihe (RB1) der radialen Brutzone und das letzte Jahr (N+3) in der zweiten Reihe (RB2) in der radialen Brutzone. Am Ende des vierten Jahres werden sie aus dem Reaktor entnommen. Die verbleibende Hälfte der inneren Brutzone führt dieselben Schritte aus, jedoch um ein Jahr verschoben. Es werden also zwei Folgen durchgeführt, die mit A und B bezeichnet sind und die zusammen die Umordnung der Brutzonenelemente darstellen. Einige wenige Elemente nehmen an der Umcrdnung nicht teil; es handelt sich dabei um das Element der inneren(N) moved to another position (IB-2) of the inner breeding zone, where they remain in the second year (equilibrium year N + 1, where N denotes the year in which the element is fresh); they spend their third year (N + 2) in the first row (RB1) of the radial breeding zone and the last year (N + 3) in the second row (RB2) in the radial breeding zone. At the end of the fourth year, they are removed from the reactor. The remaining half of the inner breeding zone follow the same steps but postponed for a year. It Thus, two sequences are carried out, labeled A and B, which together rearrange the breeding zone elements represent. A few elements do not participate in the rearrangement; it is the element of the inner

BrutzoneBreeding zone

;/..' ^: "T^..--. ^: 33H025; / .. ' ^: "T ^ ..-- ^.: 33H025

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Brutzone im Zentrum des Reaktorkerns und um 18 Elemente der ersten Reihe der radialen Brutzone. Da das Element im Zentrum das einzige Element dieser Art im Reaktor ist, kanrr es aus Symmetriegründen offensichtlich in keine andere Position umgeordnet werden. Dieses Element weist eine geringe Leistung und eine geringe Strömung auf und wird von anderen Brutelementen der inneren Brutzone umgeben. Es kann daher so lange an seinem Platz gelassen werden, bis die Grenzwerte erreicht sind. Der Grund, weshalb die 18 Brutelemente der radialen Brutzone an der Umordnung nicht teilnehmen, ist einfach der, daß in diesem besonderen Reaktorkern 78 Positionen in der ersten Reihe der radialen Brutzone zur Verfügung stehen, während nur 60 Brutelemente der inneren Brutzone jährlich in die erste Reihe der radiale-n Brutzone umgeordnet werden. Wenn nicht ein sehr kompliziertes Umordnungsverfahren entwickelt werden soll, besteht die einfachste Wahl darin, die Brutelemente in diesen 18 Positionen in regulären Zeitabständen zu ersetzen.Breeding zone in the center of the reactor core and around 18 elements the first row of the radial breeding zone. Since the element in the center is the only element of its kind in the reactor, Obviously, for reasons of symmetry, it cannot be incorporated into any other Position to be rearranged. This element has low power and low flow and will surrounded by other breeding elements of the inner breeding zone. It can therefore be left in place until the limit values have been reached. The reason why the 18th Breeding elements of the radial breeding zone do not participate in the rearrangement, is simply that in this particular Reactor core 78 positions in the first row of the radial breeding zone are available, while only 60 breeding elements of the inner breeding zone to be rearranged annually into the first row of the radial-n breeding zone. If not a very complicated one If the rearrangement method is to be developed, the simplest choice is to remove the breeding elements in these 18 Replace positions at regular intervals.

Tabelle 1 zeigt die Bewegungen der verschiedenen Brutelemente, die umgeordnet werden. Bei der Auswahl der Umordnung eines jeden Brutelements von einer Position zu einer anderen wurde sorgfältig darauf geachtet, daß die in den beiden Folgen implizit enthaltenden Ausschlußbedingungen eingehalten wurden. Beispielsweise müssen abgebende (donor) Elemente der inneren Brutzone in der Folge A aufnehmende Elemente in der Folge B sein und umgekehrt. In ähnlicher Weise müssen die Positionen der radialen Brutzone ein Element der Folge A und ein Element der Folge B aufnehmen,Table 1 shows the movements of the various breeding elements that are rearranged. When choosing the rearrangement care has been taken to ensure that every breeding element from one position to another is in the both consequences implicitly containing exclusion conditions have been complied with. For example, donors Elements of the inner breeding zone in sequence A be receiving elements in sequence B and vice versa. In a similar way Way, the positions of the radial breeding zone must accommodate an element of sequence A and an element of sequence B,

30 nicht aber zwei derselben Folge.30 but not two of the same series.

Tabelle 1Table 1

- 10 - WS371P-2632- 10 - WS371P-2632

TabelleTabel

Zusammenfassung der ümordnungsbewegungen von BrutelementenSummary of the rearrangement movements of brood elements

5 IB-1 -* IB-2 ■*· RB1 -» RB2 -*· entfernt5 IB-1 - * IB-2 ■ * · RB1 - »RB2 - * · removed

Jahr N(frisch) N+1 N+2 N+3 NYear N (fresh) N + 1 N + 2 N + 3 N

Folge A (alle Elemente, die zu dieser Folge gehören, 10 werden im selben Jahr umgeordnet)Sequence A (all elements belonging to this sequence, 10 will be rearranged in the same year)

3535 3939 212212 217217 66th 1313th 209209 222222 11 1616 213213 221221 2727 3434 211211 220220 1414th 4141 202202 216216 2828 3232 210210 214214 3333 2626th 201201 215215 4040 3131 205205 223223 22 1111th 204204 219219 3030th 2525th 207207 218218

Folge B (alle Elemente, die zu dieser Folge gehören,Sequence B (all elements that belong to this sequence,

werden im selben Jahr·umgeordnet, und zwarare rearranged in the same year, namely

25 in dem Jahr, das der Umordnung gemäß Folge A25 in the year following the reorganization in accordance with Part A

vorangeht oder nachfolgt)precedes or follows)

2525th 2828 204204 218218 4141 4040 205205 215215 1616 3535 212212 222222 3434 22 209209 221221 1313th 3030th 211211 217217 3939 3333 207207 214214 1111th 2727 . 202. 202 216216 3232 1414th 201201 219219 2626th 66th 210210 223223 3131 11 213213 220220

Bemerkungen: - IB #64 wird niemals umgeordnet. Es wird so 40 lange in dieser Position belassen, wie es mitNotes: - IB # 64 is never rearranged. It will be like this 40 left in this position for a long time, as with

den Betriebsbedingungen vereinbart ist und dann entfernt.the operating conditions is agreed and then removed.

RB1#2O3, 206 und 208 sind "einjährige" EIe-RB1 # 2O3, 206 and 208 are "annual" egg

45 mente, die in jedem Jahr geladen und entfernt45 ments loaded and removed each year

werden. _Die will. _the

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Die Einstellung der lokalen Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels (z.B. durch entsprechende Drosseln oder Querschnitte der Austrittsöffnungen) ist durch die jeweilige Position im Reaktorkern bestimmt, da alle Brutelemente physikalisch, gleich sind, um die Umordnung zu ermöglichen. Die Überlegungen, die für die Zuordnung des Strömungsflusses bestimmend waren, bestanden darin, den Fluß so verträglich wie möglich mit den Einschränkungen zu gestalten, die für die Lebensdauer der Brutelemente und den Ausgleich kurzzeitiger Störungen bestehen. Wie dieses Ziel im einzelnen erreicht wurde, hing davon ab, ob die betrachtete Stelle in der inneren Brutzone der ersten Reihe der radialen Brutzone oder der zweiten Reihe der radialen Brutzone lag. Im allgemeinen ergab sich ein guter Hinweis für die neuen Anforderungen an die Strömung durch das Verhältnis der maximalen linearen Leistungsabgabe eines Brennstabs am Ende der Verweilzeit für den umgeordneten Reaktorkern und der Leistungsabgabe am Ende der Lebensdauer im Bezugs-Reaktorkern. Eine Abschätzung der Änderung in der maximalen linearen Leistungsabgabe eines Brennstabs nach der Uinordnung wird mit Hilfe einfacher Algorithmen erhalten. Wenn das Brutelement Y in eine Position Z umgeordnet wird, hängt der Anteil der durch Neutronenspaltung erzeugten Leistung von Y ab, dem umgeordneten Element (da die Leistung von der Menge des spaltbaren Materials im Element abhängt). Der auf die Gamma-Aufheizung entfallende Anteil der Leistung hängt von der Umgebung ab, d.h. dem Ort Z, zu dem das Element umgeordnet wurde. Es wird weiter angenommen, daß die relative Leistungsänderung während einer einjährigen Verweildauer nach der Umordnung in einem gegebenen Ort gleich der relativen Änderung ist, die während eines entsprechenden Jahres in der Lebensdauer des ElementsThe setting of the local flow rate of the coolant (e.g. by means of appropriate throttles or cross-sections the outlet openings) is determined by the respective position in the reactor core, as all breeding elements physically, are the same to allow rearrangement. The considerations which were decisive for the assignment of the flow flow consisted in the flow so as compatible as possible with the restrictions imposed on the life of the breeding elements and the compensation short-term disturbances exist. How this goal was achieved in detail, depended on whether the considered Place in the inner breeding zone of the first row of the radial breeding zone or the second row of the radial breeding zone. In general, a good indication of the new flow requirements was given by the ratio of the maximum linear power output of a fuel rod at the end of the residence time for the rearranged reactor core and the power output at the end of the service life in the reference reactor core. An estimate of the change in the maximum linear power output of a fuel rod after the Disorder is obtained with the help of simple algorithms. If the breeding element Y is rearranged to a position Z, the proportion of the power generated by neutron fission depends on Y, the rearranged element (since the power depends on the amount of fissile material in the element). The proportion due to the gamma heating the performance depends on the environment, i.e. the location Z to which the element was rearranged. It is further assumed that the relative change in performance during a one-year residence time after the rearrangement in a given Location is equal to the relative change that occurred during a corresponding year in the life of the element

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am Ort des Bezugs-Reaktorkerns auftritt. Der Zeitverlauf der maximalen Leistung eines Brutstabs (und in einigen Fällen des gesamten Brutelements) wurde in dieser Untersuchung für alle möglichen ümordnungskombinationen berechnet. Damit war es möglich, die optimale Umordnungsfolge für jedes Element zu bestimmen.occurs at the location of the reference reactor core. The passage of time the maximum power of a brood rod (and in some cases of the whole brood element) was used in this study calculated for all possible rearrangement combinations. This made it possible to find the optimal rearrangement sequence to be determined for each element.

Bei der Berechnung der neuen Anforderungen für die Strömung an jeder Stelle nach der Umordnung wurde als Parameter die erforderliche Strömung an jedem Ort verwendet (d.h. die minimale Strömung/ die erforderlich ist, um die am meisten einschränkende Grenzbedingung zu erfüllen). Dies ist ein wichtiger Gesichtspunkt, da bei einer Strömung, die für alle Elemente in einer gegebenen Strömungszone gleich eingestellt ist (durch entsprechende Drosselung), die erforderliche Strömung nur für das schlechteste Element mit der eingestellten Strömung übereinstimmt. Alle anderen Elemente in der Strömungszone weisen eine eingestellte Strömung auf, die größer ist als die erforderliche Strömung.When calculating the new requirements for the flow at each point after the rearrangement was used as a parameter used the required flow at each location (i.e. the minimum flow / required to achieve the the most restrictive boundary condition to be met). This is an important consideration because when there is a current which is set the same for all elements in a given flow zone (by corresponding throttling), the required flow only corresponds to the set flow for the worst element. All other Elements in the flow zone have a set flow that is greater than the required flow.

Da die erforderliche Strömung nach der Umordnung gleich der erforderlichen Strömung im Bezugs-Reaktorkern ist, multipliziert mit einem Strömungsfaktor,der von der Leistung abhängig ist, (d.h. abhängig davon, welches Element in welche Stellung umgeordnet wird) ergibt sich daraus, daß der Konstrukteur einen weiteren Freiheitsgrad bei der Optimierung der Strömungseinstellung hat. Die Wahl des umzuordnenden Brutelements ist jedoch durch die Überlegung eingeschränkt, den Gradienten zu einem Minimum zu machen. Durch sorgfältige Auswahl der Umordnungsvorgänge und Berücksichtigung der Unterschiede zwischen erforderlicher und eingestellter Strömung im Bezugs-Reaktorkern war es möglich, die Einstellung der Strömung so zu optimieren, daß der AbstandSince the required flow after the rearrangement is equal to the required flow in the reference reactor core, multiply with a flow factor that depends on the performance is dependent, (i.e. depending on which element is rearranged in which position) it follows that the The designer has a further degree of freedom in optimizing the flow setting. The choice of the one to be rearranged However, breeding element is limited by the consideration of keeping the gradient to a minimum. By Careful selection of the rearrangement processes and consideration of the differences between required and set Flow in the reference reactor core it was possible to optimize the setting of the flow so that the distance

zwischenbetween

33H02533H025

- 13 - WS371P-2632- 13 - WS371P-2632

zwischen erforderlicher und eingestellter Strömung beträchtlich kleiner war als im Bezugs-Reaktorkern. Das führte sowohl zu Einsparungen bei der Strömung als auch zu geringeren Temperaturgradienten, da eine eingestellte Strömung/die stärker ist als die erforderliche, nicht nur Strömung "verschwendet", sondern auch zu einer geringeren Temperatur des Kühlmittels am Brutelementausgang führt.between required and set flow was considerably smaller than in the reference reactor core. That led to both savings in flow and lower temperature gradients, since one was set Flow / which is stronger than required, not only "wasted" flow, but also to a lesser extent Temperature of the coolant at the breeding element outlet leads.

Ein Vergleich der Strömungseinstellung in dem umgeordneten und dem Bezugs-Reaktorkern ist in Tabelle 2 wiedergegeben. Die Strömung ist in der inneren Brutzone und der ersten Reihe der radialen Brutzone beträchtlich reduziert, in der zweiten Reihe der radialen Brutzone jedoch erhöht, um die sich akkumulierenden Beschädigungen der Umhüllung der Brutstäbe in den umgeordneten Brutelementen zu berücksichtigen. Es ist anzunehmen, daß die Abschätzung der Strömung für die zweite Reihe der radialen Brutzone eher pessimistisch ist (d.h. die .Lebensdauer dieser Brutelemente kann wahrscheinlich mit einer geringeren Strömung als jetzt abgeschätzt erreicht werden). Die größte Unsicherheit besteht dabei' für die zweite Reihe, da diese die letzte der drei Umordnungsbewegungen betrifft und alle Näherungen und Annahmen, die dieser Untersuchung zugrunde liegen, sich im letzten Jahr alle zu einem Maximum addieren.. Es muß jedoch betont werden, daß die Unsicherheit in der Strömung in der zweiten Reihe der radialen Brutzonen die Schlußfolgerungen dieser Untersuchung nicht beeinträchtigt. Das liegt daran, daß die Gradienten zwischen den einzelnen Brutelementen in diesem Bereich zu keiner Besorgnis Anlaß geben, so daß die einzige KonsequenzA comparison of the flow setting in the reordered and the reference reactor core is shown in Table 2. The current is in the inner breeding zone and the first The second row of the radial breeding zone is considerably reduced, but the second row of the radial breeding zone is increased by the to take into account accumulating damage to the covering of the brood rods in the rearranged brood elements. It can be assumed that the estimate of the flow for the second row of the radial breeding zone is rather pessimistic (i.e. the lifespan of these breeding elements can probably be with a lower current than has now been estimated can be achieved). The greatest uncertainty is for the second row, as this is the last of the three rearrangement movements concerns and all approximations and assumptions on which this investigation is based have been changed over the past year all add up to a maximum. It must be emphasized, however, that the uncertainty in the flow in the second row of the radial breeding zones does not affect the conclusions of this investigation. That's because the gradient do not give cause for concern between the individual breeding elements in this area, so that is the only consequence

30 in der Anpassung der erforderlichen Strömung liegt.30 lies in the adaptation of the required flow.

TabelleTabel

Tabelle 2
Erforderliche Kühlmittelströmungen beim Bezugs- und beim umgeordneten Reaktorkern Table 2
Required coolant flows for the reference and rearranged reactor core

Bezugs-ReaktorkernReference reactor core

Art des
ElementsType of
Elements Strömungs- Elemente/
zone ZoneFlow elements /
zone zone 3636 TeilsummePartial total 1818th TeilsummePartial total 6p6p TeilsummePartial total Strömung
(kg/h)flow
(kg / h) IBIB 66th 2424 3636 —- 70,85170.851 IBIB 77th 5454 2424 58,78558.785 IBIB 88th .7.7 . 51 ,119 . 51, 119 IBIB 99 18,59718,597 6,852,1476,852,147 RB1RB1 1010 62,95862,958 RB1RB1 1111th 38,64638.646 RB1RB1 1212th 26,89826,898 3,170,0663,170,066 RB 2RB 2 1313th 12,47312,473 RB 2RB 2 1414th —- 748.427748.427

umgeordneter Reaktorkernrearranged reactor core

Gesamte Strömung in der Brutzone10,770,641Total flow in the breeding zone 10,770,641

Elemente/
ZoneElements/
Zone 44th Strömung
(kg/h)flow
(kg / h) 2424 54,88454.884 3636 47,17347.173 5454 38,55538.555 77th 22 19,05019,050 ,999,495, 999.495 1818th 42,50142.501 4242 11 30,20930.209 1818th 88th 10,61410.614 ,224,870, 224.870 3030th 26,94326,943 3030th 22,22622.226 ,475,082, 475,082 ,699,448, 699,448

DO CTi OJ ISJDO CTi OJ ISJ

-■■·■"" '* " " 33U025- ■■ · ■ "" '* "" 33U025

- 15 - WS371P-2632- 15 - WS371P-2632

Nach Tabelle 2 ergibt sich eine beträchtliche Nettoersparnis für die berechnete Strömung in den Brutelementen (über 2,04 kg/h oder<v4,5% der gesamten Reaktorströmung). Diese- Ersparnis ist mehr als ausreichend, um alle "Überraschungen" auszugleichen, die noch auftreten können, wenn die berechnete Konstruktion in die Realität umgesetzt wird. Diese verfügbare Strömung könnte weiter dazu verwendet werden, Brennelemente bevorzugt mit Strömung zu beaufschlagen, um so die zwischen den Elementen bestehenden Gradienten sogar unter die hier abgeschätzten Beträge zu reduzieren.According to Table 2 there is a considerable net saving for the calculated flow in the breeding elements (over 2.04 kg / h or <v4.5% of the total reactor flow). This saving is more than sufficient to avoid any "surprises" to compensate that can still occur when the calculated construction is implemented in reality will. This available flow could further be used to preferentially flow fuel assemblies applied so that the gradients existing between the elements are even below the amounts estimated here to reduce.

Fig. 3 zeigt die neuen Zonen mit jeweils eingestellter Strömung für den umgeordneten bzw. den Bezugs-Reaktorkern.3 shows the new zones with each flow set for the rearranged or the reference reactor core.

Ein Vergleich der Verteilung maximaler Gradienten zwischen den Elementen im umgeordneten und im Bezugs-Reaktorkern wurde in Fig. 1 gegeben. Für jedes Brutelement der inneren Brutzone und der ersten Reihe der radialen Brutzone ist der maximale Gradient gleich der Differenz zwischen der Austrittstemperatur der Brutzone und der letzten Austrittstemperatur der benachbarten Brennelemente. Wie man feststellt, ist der maximale Gradient in der inneren .Brutzone von 140 C (284 F) auf 66°C (150°F) herabgesetzt und in der ersten Reihe der radialen Brutzone von 153°C (307⁰F) auf 64°C (147°F). Selbst wenn noch gewisse unvermeidliche Unsicherheiten mit den hier zugrunde gelegten Annahmen berücksichtigt werden (aber auch bedacht wird, daß eine zusätzliche Strömung existiert), kann der sichere Schluß gezogen werden, daß mit der Umordnung der Brutzone tatsächlich die Möglichkeit besteht, die zwischen den Elementen bestehenden Gradienten um die Hälfte zu reduzieren. Der höchste Gradient zwischen benachbarten Brenn- und Brutelementen tritt auf, wenn sowohl das Brenn- als auchA comparison of the distribution of maximum gradients between the elements in the rearranged and the reference reactor core was given in FIG. For each breeding element of the inner breeding zone and the first row of the radial breeding zone, the maximum gradient is equal to the difference between the outlet temperature of the breeding zone and the last outlet temperature of the neighboring fuel elements. The maximum gradient in the inner brood zone is found to be reduced from 140 C (284 F) to 66 ° C (150 ° F) and in the first row of the radial brood zone from 153 ° C (307 ⁰ F) to 64 ° C (147 ° F). Even if certain inevitable uncertainties are taken into account with the assumptions on which this is based (but it is also taken into account that an additional flow exists), the safe conclusion can be drawn that with the rearrangement of the breeding zone there is actually a possibility that exists between the elements Reduce gradients by half. The highest gradient between adjacent fuel and breeding elements occurs when both the fuel and

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das Brutelement frisch sind (Brennelement mit höchster Leistung, Brutelement mit geringster); der geringste Gradient tritt auf, wenn beide Elemente am Ende ihres Lebens angelangt sind (abgebranntes Brennelement mit minimaler Leistung, Leistung des Brutelements maximal infolge der Erzeugung von Plutonium). Daraus folgt, daß eine sehr wirksame Methode zur Erzielung geringer Gradienten zwischen den Elementen darin besteht, frische Brennelemente neben eingebrannten (umgeordneten) Brutelementen anzuordnen und umgekehrt. Dieses Vorgehen erfordert, daß die Brennelemente und die Brutelemente dieselbe Lebensdauer aufweisen, sowie ein Brennstoff-Management, das "außer Synchronisation" arbeitet. Die in dieser Untersuchung angegebenen Gradienten an den Grenzflächen zwischen Brennelementen und Brutelementen der inneren Brutzone beruhen auf dieser Neu/Alt-Konfiguration (d.h. die Gradienten wurden für frische Brennelemente/umgeordnete Brutelemente und ausgebrannte Brennelemente/frische Brutelemente berechnet). Der höhere der beiden Gradienten (im allgemeinen der erstgenannte) ist durchgehend in Fig. 1 angegeben. Wie schon früher festgestellt wurde, sind bei der hier vorgeschlagenen jährlichen Umordnung der Hälfte der Brutelemente der inneren Brutzone die frischen Brutelemente in jedem Jahr auf diejenigen beschränkt, die die umgeordneten Elemente ersetzen, d.h. die Hälfte der inneren Brutzone. Die Positionen der frischen Brutelemente der inneren Brutzone wechseln jedes zweite Jahr ab. Die Strömung kann in den frischen Brutelementen nicht reduziert werden, da die Einstellung der Strömung durch die Kühlanforderungen des Brutelements bestimmt ist, das im zweiten Jahr umgeordnet wird. Die Lösung für den hohen Gradienten,der sich zwischen benachbarten Brenn- und Brutelementen ausbildet, wenn beidethe breeding element is fresh (fuel element with highest output, breeding element with lowest); the least Gradient occurs when both elements have reached the end of their life (spent fuel element with minimum power, maximum power of the breeding element due to the production of plutonium). It follows that A very effective method of achieving low gradients between elements is to use fresh fuel bundles to be arranged next to burnt-in (rearranged) brood elements and vice versa. This procedure requires that the fuel elements and the breeding elements have the same service life, as well as a fuel management system that "out of sync" works. The gradients given in this study at the interfaces between Fuel elements and breeding elements of the inner breeding zone are based on this new / old configuration (i.e. the gradients were for fresh fuel assemblies / rearranged breeding elements and spent fuel elements / fresh breeding elements calculated). The higher of the two gradients (generally the former) is indicated throughout FIG. As stated earlier, the annual rearrangement proposed here is half of the breeding elements the inner brood zone limits the fresh brood elements each year to those who rearrange them Replace elements, i.e. half of the inner breeding zone. The positions of the fresh brood elements in the inner brood zone alternate every other year. The current cannot be reduced in the fresh brood elements because the Adjustment of the flow is determined by the cooling requirements of the breeding element, which is rearranged in the second year will. The solution to the high gradient between adjacent fuel and breeding elements if both

frischfresh

33U02533U025

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frisch sind, ergibt sich durch geeignetes Brennstoff-Management. Da die Austrittstemperatur der Brennelemente beim Beginn ihres Lebens ein Maximum aufweist und am Ende ihres Lebens zu einem Minimum wird, während die Verhältnisse bei den Brutelementen gerade umgekehrt liegen, ist es klar, daß eine beträchtliche Reduzierung des Gradienten zwischen den Elementen erreicht wird, wenn ein frisches Brennelement neben ein umgeordnetes Brutelement angeordnet wird (beide weisen dann höhere Temperaturen auf), und wenn ein ausgebranntes Brennelement neben ein frisches Brutelement gebracht wird (dann haben beide ihre geringere Temperatur). Um dieses zu erzielen, müssen Brenn- und Brutelement beide dieselbe Lebensdauer haben (zwei Jahre in diesem Beispiel), und die Konfiguration des Reaktorkerns muß so sein, daß die Verweilzeiten von Brennelementen und Brutelementen nicht synchron sind. Das in der vorliegenden Erfindung vorgeschlagene Verfahren, bei dem in jedem Jahr die Hälfte der inneren Brutzone umgeordnet wird, erfordert, daß ebenfalls die Hälfte der Brennelemente jedes Jahr gela-are fresh results from appropriate fuel management. As the exit temperature of the fuel assemblies has a maximum at the beginning of their life and becomes a minimum at the end of their life, while the proportions if the breeding elements are just the opposite, it is clear that there is a considerable reduction in the gradient between the elements is achieved when a fresh fuel assembly is placed next to a rearranged breeding assembly (both then have higher temperatures), and when a spent fuel element next to a fresh breeding element is brought (then both have their lower temperature). To achieve this, burn and The breeding element both have the same lifespan (two years in this example) and the configuration of the reactor core must be such that the residence times of fuel elements and Breeding elements are out of sync. The method proposed in the present invention in which every year half of the inner breeding zone is rearranged requires that half of the fuel assemblies are also loaded each year.

20 den wird.20 den.

Es kann sich als nicht wünschenswert herausstellen, die "nicht synchronisierte" Beladung der Brenn- und Brutelemente genau durchzuführen, da .dadurch der innere Teil des Reaktorkerns entkoppelt wird (im kernphysikalischen Sinn) mit der Folge, daß in den Brennelementen im frischen Zustand eine übermäßige lineare Leistungsabgabe erfolgt. Es kann jedoch ein erstes alternatives Management-Verfahren für die Brutelemente angegeben werden, in dem die Grenzen der Leistungsabgabe der Brennelemente nicht überschritten werden und die Anzahl der Grenζflächen,an denen die "nicht synchrone" Anordnung versagt, nur auf einige wenige Positionen The "non-synchronized" loading of the fuel and breeding elements can turn out to be undesirable to be carried out precisely, as this decouples the inner part of the reactor core (in terms of nuclear physics) with the result that in the fuel elements in the fresh state there is an excessive linear output. However, there may be a first alternative management method for the breeding elements are specified in which the limits of the power output of the fuel elements are not exceeded and the number of size areas on which the "not synchronous "arrangement fails, only in a few positions

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tionen beschränkt ist. Die Figuren 4, 5 und 6 zeigen ein derartiges Schema für eine gerade untersuchte Konfiguration eines vorgeschlagenen Reaktorkerns (der verschieden ist von dem in der früheren Untersuchung betrachteten). Aus den Figuren 4 und 5 geht hervor, daß die Grenzflächen (Schnittstellen), die nicht der "nicht synchronen" Bedingung unterliegen, nur 12 von einer möglichen Gesamtzahl von 65 sind. Die Gradienten an diesen Stellen können dadurch gesteuert werden, daß ein Teil der zur Verfügung stehenden zusätzlichen Strömung auf die betreffenden Brennelemente geleitet wird. Es ist darauf hinzuweisen, daß zur Erzielung der "nicht synchronen" Anordnung die Brutelemente der inneren Brutzone in die dritte Reihe der radialen Brutzone gebracht werden und anschließend im dritten Jahr in die umgeordnete Position in der inneren Brutzone (siehe Tabelle 3). Dieses "Packen in der dritten Reihe" hat die Wirkung, daß die Ladefolgen bei den Brennelementen und den Brutelementen der inneren Brutzone um ein Jahr verschoben wird und sich so deris limited. Figures 4, 5 and 6 show such a scheme for a configuration of a proposed reactor core (which is different is different from that considered in the earlier investigation). From Figures 4 and 5 it can be seen that the interfaces that are not subject to the "non-synchronous" condition, only 12 of a possible Total number of 65 are. The gradients at these points can be controlled by making a part the available additional flow is directed to the relevant fuel assemblies. It's on it point out that to achieve the "non-synchronous" arrangement, the brood elements of the inner brood zone in the third row of the radial breeding zone and then in the third year in the rearranged position in the inner breeding zone (see Table 3). This "packing in the third row" has the effect that the loading sequences in the case of the fuel elements and the breeding elements of the inner breeding zone is shifted by one year and so the

20 "nicht synchrone" Effekt ergibt.20 results in "not synchronous" effect.

Ein zweites alternatives Umordnungsverfahren wird vorgeschlagen (siehe Figuren 7 und 8), in dem das "nicht synchrone" Konzept dadurch ersetzt wird, daß die Strömung in allen Brutelementen der inneren Brutzone maximal reduziert wird. Im ersten alternativen Verfahren nimmt jede Position der inneren Brutzone entweder ein frisches oder ein umgeordnetes Element auf (Folgen "A" und "B"); zu Beginn des Jahres, wenn das Element frisch ist, ist damit auch die Ausgangstemperatur des Elements ein Minimum, da es die geringste Leistung abgibt, die Strömung aber so eingestellt ist, daß auch die (maximale) Leistungsabgabe am Ende des zweiten Jahres im umgeordneten A second alternative rearrangement method is proposed (see Figures 7 and 8) in which the "non-synchronous" Concept is replaced by the fact that the flow in all breeding elements the inner breeding zone is reduced to the maximum. In the first alternative procedure, each position takes the inner one Breeding zone either a fresh or a rearranged element (sequences "A" and "B"); at the beginning of the year when the item is fresh, the initial temperature of the element is also a minimum, since it delivers the lowest power, the flow is adjusted so that the (maximum) power output at the end of the second year in the rearranged

33U02533U025

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neten Element verarbeitet werden kann. Der Gradient bei diesem Verfahren wird natürlich durch das "nicht synchrone" Konzept gesteuert.element can be processed. The gradient in this process is of course determined by the "non-synchronous" Controlled concept.

In dem Verfahren der zweiten Alternative wird der Gradient dagegen durch, entsprechende Strömungseinstellung in den Brutelementen der inneren Brutzone gesteuert. Jede Position der inneren Brutzone empfängt jedes Jahr (dem Intervall für die Nachbeschickung mit neuen Brennelementen) entweder ein frisches oder ein umgeordnetes Element; der Leistungsunterschied zwischen Beginn und Ende des Lebens eines Elements in irgendeiner Position ist somit auf ein Jahr beschränkt, statt zwei Jahre in dem Verfahren der ersten Alternative. Die einzustellende Strömung kann dann beträchtlich kleiner sein als im vorherigen Fallund hängt davon ab, ob die Position frische .oder umgeordnete Elemente aufnimmt. Fig. 7 zeigt die Anordnung der Brutelemente der inneren Zone bei diesem Verfahren. Nach dem zweiten Jahr werden die Elemente nacheinander in die erste, zweite und dritte Reihe der radialen Brutzone umgeordnet, wo sie in jeder Position ein Jahr lang bleiben und insgesamt eine Lebensdauer von fünf Jahren aufweisen. Das charakteristische Merkmal dieses Verfahrens besteht darin, daß frische und umgeordnete Brutelemente der inneren Brutzone wie "Perlen einer HaIs-kette" abwechseln, wie es in Fig. 7 dargestellt ist; das Beladen mit Brennelementen kann getrennt davon optimiert werden, um die lineare Leistungsabgabe zu einem Minimum zu machen und damit die "Sicherheitsgrenze bis zum Schmelzen des Brennstoffs zu erhöhen.In the method of the second alternative, on the other hand, the gradient is determined by setting the corresponding flow in the Breeding elements of the inner breeding zone controlled. Each position of the inner breeding zone receives every year (the interval for the replenishment of new fuel elements) either a fresh or a rearranged element; the difference in performance between the beginning and the end of the life of an element in any position is therefore limited to one year, instead of two years in the procedure of the first alternative. The flow to be set can then be considerably smaller than in the previous case and depends on whether the position accommodates fresh or reordered items. Fig. 7 shows the arrangement of the breeding elements of the inner zone in this method. After the second year the elements sequentially rearranged into the first, second and third rows of the radial breeding zone, where they are in each position remain for one year and have a total lifespan of five years. The distinctive feature of this Procedure consists in that fresh and rearranged brood elements of the inner brood zone like "pearls of a shark chain" alternate as shown in Fig. 7; the loading with fuel assemblies can be optimized separately in order to make the linear power output to a minimum and thus the "safety limit until it melts." of fuel to increase.

Die Tabellen 3 und 4 illustrieren die Umordnungsverfahren der ersten und der zweiten Alternative.Tables 3 and 4 illustrate the rearrangement procedures of the first and second alternatives.

Tabelle 3Table 3

33U02533U025

WS371P-2632WS371P-2632

1010

Tabelle 3Table 3

UMORDNUNGSFOLGE - ERSTE ALTERNATIVERESOLUTION EQUIPMENT - FIRST ALTERNATIVE

Folge A - beginnt in den Jahren 2,4,6...Episode A - begins in years 2, 4, 6 ...

Jahre
2,4,6. .years
2,4,6. . Jahre
3,5,7..years
3,5,7 .. Jahre
4,6,8. .years
4,6,8. . Jahre
5,7,9..years
5,7,9 .. Jahre
6,8,10years
6.8.10 IB Frisch.IB Fresh. RB3RB3 IBIB RB1RB1 RB 2RB 2 33 211211 3636 202202 228228 44th 224224 3939 204204 227227 1717th 229229 1515th 207207 212212 2222nd 333333 1313th 214214 221221 1818th 330330 4545 208208 226226 3434 331331 1010 209209 225225 3232 332332 4747 213213 222222 3333 223223 5656 206206 210210 3535 334334 4848 215215 220220

Folge B - beginnt in den Jahren 1,3,5...Episode B - begins in the years 1,3,5 ...

2020th

3030th

Jahreyears Jahreyears Jahreyears Jahreyears .Jahre.Years 1,3,5..1,3,5 .. 2,4,6..2,4,6 .. 3,5,7..3,5,7 .. 4,6,8. .4,6,8. . 5,7,9..5,7,9 .. IB FrischIB Fresh RB 3RB 3 IBIB RB1RB1 RB2RB2 1010 211211 3232 202202 228228 4747 333333 3333 214214 226226 1313th 334334 2222nd 208208 227227 1515th 229229 1818th 215215 221221 4545 330330 44th 204204 220220 5656 224224 3434 207207 212212 4848 331331 3535 209209 225225 3636 332332 1717th 213213 222222 3939 223223 33 206206 210210

RBI 205 bleibt 2 Jahre - umgeordnet zu RB2 203 für 2 weitere Jahre, dann entferntRBI 205 stays for 2 years - rearranged to RB2 203 for 2 more years, then removed

RBI 216 RBI 217RBI 216 RBI 217

RB2 213 RB2 218RB2 213 RB2 218

-··■»' ■··■ ■·"-■ 33U025- ·· ■ »'■ ·· ■ ■ ·" - ■ 33U025

- 21 - WS371P-2632- 21 - WS371P-2632

■ Tabelle 4 ■ Table 4

ZWEITE ALTERNATIVE -ÜMORDNUNGSFOLGEN FÜR STRÖMUNGS-MANAGEMENT SECOND ALTERNATIVE-MURDERING SEQUENCES FOR FLOW MANAGEMENT

IB Positionen jedes Jahr mit neuem Brennstoff gefüllt: 2,3,15,13,17,56,36,34,32,48IB positions filled with new fuel every year: 2,3,15,13,17,56,36,34,32,48

U.nordnungs-FolgeAnd order sequence

2. Jahr2 years 3.Jahr3rd year 4.Jahr4th year •• 224(RB3)224 (RB3) 5.Jahr5th year 13 Frisch13 Fresh IBIB RB1RB1 RB2RB2 225225 RB 3RB 3 22 4545 216216 220220 228228 211211 33 3535 202202 212212 223223 1515th 4747 208208 203203 229229 1313th 2222nd 207207 226226 334334 1717th 1010 214214 222222 331331 5656 3939 215215 221221 333333 xx 3 6. xx 3 6. 44th 213213 »■ 34»■ 34 201(RB1201 (RB1 ) 210(RB2)) 210 (RB2) 3232 1818th 209209 332332 4848 3333 204204 330330

κ kürzere Folge (4 Jahre) IB wird direkt nach RB1 umgeordnet set nur dreijährige Folge, von 213 entferntκ shorter sequence (4 years) IB is rearranged directly after RB1 set only three year episode, removed from 213

χ·5ίχ RB1 205 bleibt 2 Jahre - nach RB2 umgeordnet 227 weitere 20 2 Jahre dann entferntχ · 5ίχ RB1 205 stays for 2 years - rearranged after RB2 227 more 20 2 years then removed

206 " 218 "206 "218"

217 " 219 "217 "219"

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Claims

PATENTANSPRÜCHEPATENT CLAIMS

1515th

Verfahren zur Reduzierung der Temperaturgradienten zwischen Brennelementen mit .spaltbarem Material und Brennelementen mit Brutmaterial in einem flüssigmetallgekühlten Brutreaktor, in dessen Kern Brutelemente so verteilt sind, daß sich eine innere Brutzone und eine radiale Brutzone an der Peripherie des Reaktorkerns ergibt und die radiale Brutzone eine innere und eine äußere Reihe von Brutelementen aufweist, dadurch gekennzeichnet,Process for reducing the temperature gradients between fuel assemblies with .fissible material and Fuel elements with breeding material in a liquid metal-cooled breeding reactor, in its core breeding elements like this are distributed so that there is an inner breeding zone and a radial breeding zone at the periphery of the reactor core and the radial breeding zone has an inner and an outer row of breeding elements, characterized,

daß ungefähr die Hälfte der Brutelemente (z.B. 35, 39) der inneren Brutzone nach jedem Nachbeschickungs-Intervall mit Kernbrennstoff durch frische Brutelemente ersetzt wird, so daß die meisten der Brutelemente zu einer von zwei Gruppen gehören, die bei abwechselnden Nachbe-that about half of the breeding elements (e.g. 35, 39) of the inner breeding zone after each refilling interval with nuclear fuel being replaced with fresh breeding elements, so that most of the breeding elements become one of belong to two groups, which with alternating follow-up

schickungs-dispatching

- 2 - WS371P-2632- 2 - WS371P-2632

Intervallen durch neue Brutelemente ersetzt werden, daß gleichzeitig die von frischen Elementen ersetzten Brutelemente der ersten Gruppe (z.B. 35) in Positionen (z.B. 39) der inneren Brutzone umgeordnet werden, die vorher von der zweiten Gruppe besetzt waren, daß die von der ersten Gruppe verdrängten Brutelemente der zweiten Gruppe auf Positionen (z.B. 212) der inneren Reihe der radialen Brutzone umgeordnet werden, daß die von den Brutelementen der zweiten Gruppe verdrängten Brutelemente der inneren Reihe der radialen Brutzone auf Positionen (z.B. 217) der äußeren Reihe der radialen Brutzone umgeordnet werden, und daß die aus der äußeren Reihe der radialen Brutzone verdrängten Brutelemente aus dem Reaktor entfernt werden.Intervals are replaced by new breeding elements that at the same time replace those of fresh elements Breeding elements of the first group (e.g. 35) are rearranged in positions (e.g. 39) of the inner breeding zone, which were previously occupied by the second group, that the breeding elements displaced by the first group the second group can be rearranged to positions (e.g. 212) in the inner row of the radial breeding zone, that the brood elements of the inner row of the radial ones displaced by the brood elements of the second group Breeding zone can be rearranged to positions (e.g. 217) of the outer row of the radial breeding zone, and that the breeding elements displaced from the outer row of the radial breeding zone are removed from the reactor.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Brennelementen an Positionen der Brutzone, die normalerweise eine niedere Temperatur bezüglich benachbarter Brennelemente aufweisen, relativ kleine Öffnungen für die Kühlmittelströmung besitzen, um diese in den betreffenden Elementen zu ■ verringern.2. The method according to claim 1, characterized in that a plurality of fuel assemblies at positions the breeding zone, which is normally at a lower temperature than neighboring fuel assemblies, Have relatively small openings for the coolant flow in order to allow them to pass through the relevant elements to decrease.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, ²S daß eine Vielzahl von Brennelementen so angeordnet ist, daß teilweise ausgebrannte Brennelemente benachbart zu frischen Brutelementen liegen und frische Brennelemente benachbart zu bestrahlten Brutelementen.3. The method of claim 1 or 2, characterized in that S ² that a plurality of fuel elements is arranged so that adjacent partially burnt fuel assemblies are to fresh breeding elements and adjacent fuel assemblies to fresh irradiated breeding elements.

4, Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine geringe Anzahl von Brutelementen im Innern des Reaktorkerns an diesem Umordnungsverfahren nicht teilnimmt, sondern synchron mit benachbarten Brennelementen ersetzt wird, um den Reaktorkern im kernphysikalischen Sinn zu koppeln, und daß diese Brutelemente mit einem zusätzlichen Kühlmittelstrom4, method according to any one of claims 1 to 3, characterized characterized in that a small number of breeding elements inside the reactor core participate in this rearrangement process does not participate, but is replaced synchronously with neighboring fuel elements to the reactor core to couple in the nuclear-physical sense, and that these breeding elements with an additional coolant flow

beaufschlagt werden. _c „ _be applied. _c " _

^y 5. Verrahren ^y 5. Raising

Λ.""^:,,^; T* ■"..···..■ 33U025Λ. "" ^: ,, ^; T * ■ ".. ··· .. ■ 33U025

- 3 - WS371P-2632- 3 - WS371P-2632

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die nicht am Umordnungsverfahren teilnehmenden
Brutelemente (z.B. 3) nach einem Nachbeschickungs-
-Intervall in der inneren Brutzone für ein Nachbeschickungsintervall in die äußere Reihe (z.B. Position 211) der radialen Brutzone gebracht werden,
daß diese Brutelemente anschließend für ein Nachbeschickungs-Intervall in umgeordnete Positionen (z.B.
36) der inneren Brutzone gebracht werden, die Grenz-5. The method according to claim 4, characterized in that
that those not participating in the reorganization procedure
Breeding elements (e.g. 3) after a replenishment
-Interval in the inner breeding zone for a refilling interval are brought into the outer row (e.g. position 211) of the radial breeding zone,
that these brood elements are then in rearranged positions for a refill interval (e.g.
36) of the inner breeding zone, the border

flächen mit relativ frischen Brennelementen aufweisen, so daß diese Grenzflächen synchronisiert sind, daß die umgeordneten Positionen einen zusätzlichen Kühlmittelstrom erhalten, und daß diese Brutelemente anschließend für ein Nachbeschickungs-Intervall in Positionen (z.B.have surfaces with relatively fresh fuel elements, so that these interfaces are synchronized that the rearranged positions receive an additional coolant flow, and that these breeding elements subsequently for a replenishment interval in positions (e.g.

202) des inneren Teils der radialen Brutzone gebracht202) of the inner part of the radial breeding zone

werden, anschließend für ein Nachbeschickungs-Intervall in weitere Positionen (z.B. 228) der radialen Brutzone und anschließend aus dem Reaktor entfernt werden., then for a refilling interval in further positions (e.g. 228) of the radial breeding zone and then removed from the reactor.

20 20th

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,6. The method according to any one of claims 1 to 3,

dadurch gekennzeichnet, daß die Positionen der inneren Brutelemente alternativ für.frische oder eingebrannte
Elemente ausgelegt sind, wobei die. Festlegung einmal für eine Position erfolgt und dann konstant bleibt, so daß die Zuordnung von Strömungen zu Positionen der inneren Brutzone den jeweiligen Anforderungen entsprechend erfolgen kann.characterized in that the positions of the inner breeding elements are alternatively for.frische or branded
Elements are designed with the. Determination takes place once for a position and then remains constant, so that the allocation of flows to positions of the inner breeding zone can take place according to the respective requirements.